大和型戦艦搭載原動機の比較論 A study of the boiler turbine system for Yamato class Battleship

(1)

軍事学セミナー 2016年7月例会

藤縄雅

理研仁科センター研究嘱託日大生産工電気非常勤講師 UNISUN JAPAN 取締役技師長

(2)

大和型戦艦搭載原動機の

比較論

• A study of the boiler turbine system for Yamato class Battleship

(3)

自己紹介

• 1948年10月10日生（昭和23年：皇紀2608年） 67歳父が異国の丘の為、この年に生まれる。 • 幼稚園の時、新東宝「戦艦大和」（吉田満原作）を観、以後大和の絵を書く、当時は木製の模型 • 小学校3年時のニチモが1/750武蔵のプラモ発売以後プラモデル作りに励む • 映画は、明治大帝と日露大戦争、太平洋の鷲、太平洋の嵐、太平洋の翼他を父と観る • 祖父が日大に天下りし、その影響で日大へ、大学院卒業後、三菱電機入社（1973年）

(4)

• 三菱では、海外電力案件担当、イラク・イラン戦争体験； 2008年の本セミナーで披露 • 平成に入り、がん治療加速器（千葉・兵庫）と山梨リニア担当 • 1999年理研に出向、2003年転職 • 理化学研究所（理研）仁科センター研究嘱託 • 2006年より、日大生産工学部非常勤講師 • UNISUN JAPAN 取締役技師長 • 電気設備学会「星野賞」受賞 2015年 • 加速器学会「特別功労賞」受賞予定 2016年8月

(5)

(6)

ニホニュウム

•Nh

(7)

亜鉛30Zn⇒ビスマス85Bi

秒速3万ｋｍ

(8)

ノーベル賞はわすれるが、

周期表は教科書に残る

(9)

大河内正敏

• 理研3代目所長（子爵） • 主任研究員制度導入他中興の祖 • 東京帝国大学造兵学教授 • 砲術の権威 • 理研産業団63社を興す • 河内桃子（ゴジラや地球防衛軍に出演）は孫

(10)

From “Profile” by Ken Domon

RIKEN’s No. 2 Cyclotron (1943)

Dr. Yoshio Nishina (1890-1951)

“The Father of Nuclear Science in Japan”

Experimentalist

(Particle, Nuclear Physics)

Accelerator Builder

(CW, Cyclotrons 1937, 1943)

Theorist

(Klein-Nishina Formula)

Promoter of Applications

(RI production. Radiobiology)

S.Tomonaga (1906-1979) 1965 Nobel Prize H. Yukawa (1907-1981) 1949 Nobel Prize

(11)

1943 Guide book to

RIKEN Nishina’s Lab.

Theory Group Y.Nishina S.Tomonaga H.Yukawa S.Sakata Y. Nambu M. Kobayashi T. Masukawa S.Sakata

(12)

大和は遅く、空母に追従できず

役に立たなかった？

(13)

(14)

Key-Word

• 高温高圧ボイラータービン (BT)

• L/W比：長さと幅

• √L

：長さの1/2乗に比例

• 高信頼性

(15)

原動機

• 私は、電気屋⇒門外漢

• しかし、修士論文は、MHD発電

⇒ブレイトン・サイクル

⇒GAS Turbineと同じ

• BT主任技師取得（経済産業省）

• 1級ボイラー技士（厚生労働省）

(16)

問題点

• マニア向けの本は型式と出力のみ

• 蒸気温度・蒸気圧力記載なし

• 航空機も同じ

• 自動車雑誌は、ボア・ストローク・

圧縮比・回転数・エンジン重量等

記載あり

(17)

蒸気機関の宿命

• 水は100℃で蒸発する。 • 炎は1,500℃前後。 • 蒸気温度を上げると効率が上がる。 • 蒸気温度を上げるには、圧力を上げる。 • 超臨界圧 • 臨界圧にすると材料が特殊な溶解をしたり、金属が熱疲労したりする。これを防ぐ為に新たな開発が必要である。むやみに温度を上げる事は現実的でない。

(18)

火力発電所の例

• 374℃/22MPa 臨界圧

• 50年前から 500-550℃/15

MPa；効率40％ (鹿島火力等）

• 超々臨界圧磯子火力

600℃/25 Mpa; 45%

(19)

艦船用原動機の歴史

• 1769年ジェームス・ワット蒸気機関⇒産業革命 • 1807年ロバート・フルトン蒸気船クーラント号向かい風でも、無風でも船が動かせる。ハドソン川 • 機雷・潜水艦の発明者でもある。 • 1825年スチーブンソン・蒸気機関車ロコモーション号営業運転

(20)

(21)

アンソン湾におけるネメシス号の

中国兵船砲撃

E.ダンカン画 1843年ロンドン刊東洋文庫所蔵

(22)

外輪船 vs スクリュー推進

• 1845年大英帝国海軍

• スクリュー推進ラトラ（867T）

• 外輪船アトクレ（800T)の対決

(23)

1853年黒船来航

• 4隻中2隻が蒸気船（外輪船）

• 旗艦：サスケハナ

• ボイラー用水は海水

• 黒船は鉄船にあらず、木の腐蝕防

止のコールタール塗装

(24)

阿波沖海戦

1864年

• 東洋一の「開陽」（幕府海軍）と

薩摩「春日丸」（平八郎乗務）

• 日本初の様式軍艦同士の戦い

(25)

定遠・鎮遠 1894年

• L 91 m, W 18.3 m • L/W 比 4.97 • 横置環動式2段膨張 • 速力 14.5 ノット • 排水量 7,310 t • 30 cm 連装 2基 • 鎮遠は戦利艦となり、日本海軍に戦艦開眼の教材となる。

(26)

(27)

1902年世界最大最強の「三笠」

• L:131.7 m, W: 23.2 m • L/W 比 5.68,水管ﾎﾞｲﾗｰ • 直立3気筒3段膨張 • 出力：15,000馬力 • 速力：18ノット, 15,140t • 30 cm 連装2基 • 現存の三笠には原動機はない。 • 現在戦艦を保有する国は、日米のみ

(28)

(29)

(30)

1906年 Dreadnought

• L: 160.6 m, W: 25 m • L/W比: 6.42 • ﾊﾞﾌﾞｺｯｸ＆ｳｲﾙｯｺｯｸｽ混焼水管ボイラー • 蒸気圧1.78Mpa （飽和 205℃） • ﾊﾟｰｷﾝｽ直結ﾀｰﾋﾞﾝ • T蒸気圧：1.32Mpa • 出力：23,000馬力 • 速力：21ノット • 排水量：18,110 t • 弩級の祖；ど根性、ど真ん中、ど素人、ド級映画・・・・

(31)

1909年 BELLEROPHON級

• ベレロフォン級（3隻）弩級の改良量産型 • 船体はほぼ同一 • 蒸気圧力を下げた。 • 1.67 MPa /飽和 200℃ • 以降軍縮条約中最大の主力艦 HOOD まで同圧力と温度

(32)

1912年 Titanic

• L: 269.3 m W: 28.2 m • L/W比: 9.54 • 出力：46,000馬力 • 3段膨張エンジン2基 + パーキンス直結ﾀｰﾋﾞﾝエンジン1基（3軸） • 速力24ノット • 46,328 トン

(33)

(34)

タイタニック蛇足

• 5万馬力・23ノット説あり。

• 救命ボートは法定数量16隻を上

まわる、20隻を備えていた。

(35)

1913年巡洋戦艦「金剛」級

(36)

世界初の14吋砲を搭載

フジミ1/450 金剛 (捷一号時） 以降最大口径砲搭載艦を建造 • L:214.6 m, W: 28 m • L/W 比: 7.67 • ボイラー 1.96 MPa (378.9t/h) • 直結タービン1.46 MPa (4軸） • 64,000馬力、27.5 ノット • 機関重量：4,444t • 常備排水量：27,500 t

(37)

空海より最澄？

(38)

1914 Texas BB-35

• 直列3段膨張2基/2軸 • ﾊﾞﾌﾞｺｯｸ＆ｳｲﾙｺｯｸｽ14缶 • 内4缶は加熱蒸気 • 28,100馬力, 21ノット • 14吋45口径連装5基 • 2大戦に参戦 • テキサス州ヒューストンに現存、一見の価値あり

(39)

(40)

1916 Arizona BB-39

31,400トン、31.500馬力、21ノット

パーソンズ式直結タービン2組/4軸

(41)

タービンとスクリュー

• タービンは高速回転程効率が高い

• スクリューはゆっくり回転させると良い。早いとキャビテーションを起こす。 • 理研のGas Turbineは 14,000 rpm 8700馬力

(42)

1918～1923の米海軍は電気推進

• New Mexico：GE式ターボ電気推進 1918年 • 27,000馬力 21ノット 32,000 ｔ • TENESSEE 級：WH式ターボ電気推進 1920年 • 26,800馬力 21ノット 32,300 t • Colorado 級：WH式ターボ電気推進 1923年 • 28,900馬力 21ノット 32,600 ｔ • 空母レキシントン級も同方式 • 大陸横断鉄道は今でもDE方式を採用

(43)

1920年戦艦長門

• L:215.8 m, W:29 m • L/W比: 7.44 • 技本式ｷﾞﾔｰﾄﾞﾀｰﾋﾞﾝ • 4基4軸 80,000馬力 • 但し、減速ギアはWH製 • 26.5ノット, 33,800 t • 世界初の16吋連装4基

(44)

(45)

ワシントン軍縮条約

• 1921年（人類初の軍縮） • ネルソン級 • 1.78 MPa/加熱蒸気 301℃、45,000馬力、23ﾉｯﾄ • Big-Seven 陸奥・長門、コロラド・メーリーランド・ウエストバージニア、ネルソン・ロードネー • ネルソン級は大戦中機関に故障頻発

(46)

1933年ポケット戦艦

• L:186 m, W:20.6 m • L/W 比 9.03,速力28ﾉｯﾄ • DE8基2軸、54,000馬力 • 基準排水量 11,000 t • 28 cm(11吋）3連装2基 • 15 cm 8門,53 cm 魚雷8 • 全ての巡洋艦より砲力に優れ、如何なる戦艦より速力に勝る。

(47)

1/500 ニチモ Admiral Graf Spee

(48)

新戦艦の時代

(49)

建艦競争の始まり

• Pocket Battleship に対抗し、

• 仏ダンケルク建造（1937年）

(50)

建艦競争の始まり

• Pocket Battleship に対抗し、 • 仏ダンケルク建造（1937年）

(51)

建造競争は続く

• Pocket Battleship に対抗し、 • 仏ダンケルク建造（1937年） • 独 1938年シャルンホルスト級で対抗

• 伊 1940年大戦艦リットリオを建造

• 名目 35,000 t 実質 41,170 t

• 13万馬力

(52)

• Pocket Battleship に対抗し、 • 仏ダンケルク建造（1937年） • 独 1938年シャルンホルスト級で対抗 • 伊 1940年大戦艦リットリオを建造名目 35,000 t 実質 41,170 t

• 独 1940 Bismarck 41,700 t

(大和完成まで世界最大）13.8万馬力

(53)

• Pocket Battleship に対抗し、 • 仏ダンケルク建造（1937年） • 独 1938年シャルンホルスト級で対抗 • 伊 1940年大戦艦リットリオを建造名目 35,000 t 実質 41,170 t • 独 1940 Bismarck 41,700 t (大和完成まで世界最大）・

仏 1940 Richelieu 37,832 t

15万馬力

(54)

日・英・米 3大海軍国

プリンスオブウエールズニチモ 30 cm キングジョージ5世級 • 第一次ロンドン条約失効の 1937年1月1日に、キールをおいて起工式を行う準備の良さ！（1940年12月竣工） • L:227.1 m, W: 31.4 m • L/W比 7.23, 28ノット • 2.84 MPa/371℃ • 基準排水量 36,727 t • 14吋砲 10 門

(55)

1941年ノースカロライナ級

• 第二次ロンドン条約に基づき、14吋砲12門、 3.5万トンで計画、条約外の大和が16吋との情報により、16吋9門に、変更但し防御は対14吋 • L:222.1m, W: 33 m • L/W比：6.73 27ノット • 4.28 Mpa/371℃ • 16吋 3連装 3基

(56)

BB-55

(57)

(58)

(59)

(60)

SOUTH DAKOTA CLASS

全て1942年竣工

• 全長を短縮し、防御に重量を回し出力UPで速度維持（9,000馬力） • L/W 比：6.73⇒6.28 • L:207.3 m(12 m短い） • 4.28 Mpa/371℃ (同じ） • 16吋 3連装 3基 • W: 33 m 38,000 t • 「沈黙の戦艦」主演

(61)

(62)

(63)

(64)

(65)

(66)

陸・海・空

(67)

(68)

(69)

(70)

(71)

大和は条約脱退後の自由設計

• L：263 m, W: 38.9 m • L/W比 6.76 ⇒NCより大 • タライにあらず • 325℃, 2.53 Mpa, • 713 t/h時 27.46ノットを記録(計画は日米共27） • 排水量：65,000 t • 46 cm 3連装 3基

(72)

(73)

蒸気温度と圧力は伊戦艦と同じ

• 大和機関重量 5,000 t 金剛新造時 4,444 t • 出力2.5倍（技術の順調な進歩） • しかし蒸気圧力温度は、米仏より低い • 15万馬力は仏とならび、アイオワ級竣工までは、世界一_{（鉄腕アトムは10万馬力）} • 独シャルンホルスト級は高温高圧故のトラブル続発 • 米新戦艦は振動問題発生（発電機でも大変）

(74)

(75)

アイオワ級

• 16吋 x 9 門, 45,000 t, 30ノットの大和を凌駕すべく • アイオワ級は、敵艦より優位な位置をしめるべく 33ノット。砲力は45口径を50口径に延伸 • 重量が増えた為大きな船が必要 • 幅はパナマサイズ（B:33 m)の為、長さを伸ばす(L:270.4 m). 速度向上には有利 • 454.4℃, 4.28 Mpa 212,000馬力（高効率⇒航続距離が伸びる）

(76)

(77)

原動機出力と最高速度

出力と速力 0 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000 1 8 9 4 定遠 1 9 0 2 三笠 1 9 0 6 ドレッドノート 1 9 1 2 タイタニック 1 9 1 3 金剛 1 9 2 0 長門 1 9 4 0 リットリオ 1 9 4 0 ｷﾝｸﾞｼﾞｮｰｼﾞ5 世 1 9 4 1 ノースカロライナ 1 9 4 1 大和 1 9 4 2 サウスダコダ 1 9 4 2 アイオワ 1 9 4 6 バンガード 1 9 5 5 ジャン・バール艦名、年出力（馬力） 0 5 10 15 20 25 30 35 馬力PS 速力ﾉｯﾄ

(78)

蒸気圧力と温度

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 19 06 ドレッドノート 19 40 リットリオ 19 40 ｷﾝｸﾞｼﾞｮｰｼﾞ5 世 19 41 ノースカロライナ 19 41 翔鶴 19 41 大和 19 42 サウスダコダ 19 42 隼鷹 19 42 アイオワ圧力 (M Pa ）温度（℃ ）艦名原動機温度℃ 圧力Mpa

(79)

大和は初春級のエンジン

1931年計画・1933年竣工 21千馬力ｘ 2, x 4 = 168千馬力 • これを 15万馬力にDetuneして耐久性向上。海軍の貧乏人根性 • 18ノットまでは、巡航タービン (3万馬力）を使用、主機は空回り • 巨大な球状艦首は巡行用 • いつ、まともにタービンを使ったか？

(80)

いつ全力疾走したか？

• 公試時 • あ号作戦 • 捷一号作戦 • 天一号作戦 • 高信頼性の長寿命は不要 • 初春と大和の間に4年アリ！この間に、初春の原動機を一つ潰す位の長期連続耐久試験は可能！ • 初春には中圧タービンなし

(81)

日本に高圧高温BTはない？

• 大和325℃, 2.53 MPa • 島風400℃, 4.05 MPa • 翔鶴350℃, 3.04 MPa ⇒ 16万馬力、しかし故障なし • 隼鷹420℃,4.05 MPa ⇒ HP-MP1-MP-2-LPの4段タービン三菱ツエリー式ギヤードタービン。故障しらず、但し飛鷹はダメ

(82)

最上も利根もトラブル知らず！

• 日本の戦艦はすべからく、高信頼性の名の下に、わざわざ出力低下をさせている。例えば、高速戦艦金剛が第二次改装で30ﾉｯﾄに速度向上の為、機関の換装に着手したのが、榛名が最初で1938年である。こちらは、最上（1935竣工）の 152,000馬力を0.9掛の 136,000馬力としている。最上級も利根級もエンジントラブルの話を聞かない、もし、金剛級をそのまま152,000馬力としておけば、アラスカ級を2,000 馬力凌ぐ、超高速戦艦が完成したことになる。

(83)

朝潮型タービントラブル

• 初春の次が朝潮型 • こちらは、中圧タービンがあるもタービンブレード損傷事故が多発⇒中圧タービン中止 • タービン損傷例；北陸電力志賀ＮＰＳは低圧が損傷

(84)

大和型の30ノットは可能

• √L L/W PS 基準排水量速度蒸気温度圧力全長 • ｷﾝｸﾞｼﾞｮｰｼﾞ5世 15.07 7.23 110,000 36,727 28 371 2.84 227.1 • ﾉｰｽｶﾛﾅｲﾅ _14.90 _6.73 _121,000 _37,500 ₂₈ ₃₇₁ _4.28 _222.1 • サウスダコダ _14.40 _6.28 _130,000 _38,000 _27.5 ₃₇₁ _4.28 _207.3 • • 大和 _16.22 _6.76 _153,553 _65,000 _27.5 ₃₂₅ _2.53 _256.0 • • ﾋﾞｽﾏﾙｸ _15.84 _6.97 _138,000 _41,700 ₂₉ ₅₄₀ _250.5 • リットリオ _15.42 _7.22 _128,000 _41,170 ₃₀ ₃₂₅ _2.53 _237.8 • ﾘｼｭﾘﾕｰ _15.74 _7.51 _150,000 _35,000 ₃₀ ₃₅₀ _2.74 _247.9 • • 改大和-1 16.76 7.22 160,000 68,000 30 350 3.04 281.0 • 改大和-2 16.50 7.01 180,000 66,500 30 420 4.05 273.0

(85)

作戦面からの検証

• ノースカロライナ級と、サウスタコダ級は大和と同速でありながら、空母の護衛を十分に行っている。ガダルガナル島周辺の闘いでは、イ-19潜水艦が空母ワスプを撃沈した際、外れた魚雷がノースカロライナの前部に命中し、戦線離脱をしている。 • レイテ沖では、エセックス級空母4隻を、サウスダコダ級2隻が護衛をしている。 • 日本海軍の発想の不足のみ。

(86)

大和は空母の護衛が出来る

• 飛鷹級（25.5ノット）の護衛には、大和の速度でお釣りが来るが、最後の航空勝利の南太平洋海戦でも海軍にはその意思が無かった。あ号作戦時には、大和以下は、空母と敵機動部隊の中間におり、我が機動部隊の盾として、また、味方の撃ち漏らした敗残兵掃討の役目であったが、味方が総崩れとなり、その機会を得なかった

(87)

捷一号作戦

• 瑞鶴、瑞鳳、千歳、千代田を航空戦艦伊勢、日向速力25.3ﾉｯﾄが護衛している。そして駆逐艦も27ﾉｯﾄしかでない松型駆逐艦が多数空母護衛艦として参戦している。 • 加賀の最高速度は28.3ノット！ • 信濃は27ノット

(88)

ソロモン海

• 第一次ソロモン海戦：最大速度は26ノット

(89)

Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ

• 大和は、後から来たアイオワよりは遅い。 • 出力もDetuneしなければ、168千馬力！ • 大和は、史上最大最強。

(90)

(91)

(92)

(93)

鈴木孝先生

• 貴兄の比較論によるご返答、真にありがとうございました。大変楽しく読ませて戴きました。良く判りました。それにしても、小沢治三郎の発案と言われる空母中心の機動部隊の運用が何ともバラバラであったこと、せっかくの戦艦が活用できる場面も不出来な司令官のため有効なパンチが出ずじまいであったことなどもわかりました。年功序列を律した軍人勅諭に則る人事の弊害と言われますが、その感を深くした次第です。 • 蒸気タービンのことは知りませんでしたが、やっぱり一回り遅れていたんですね。いずれにしても大変面白く勉強させて戴きました。ありがとうございました。御礼まで、早々

(94)

大和ミュージアム戸髙一成館長

• 数字的な箇所は、弱いのですが、 • 一般的に、皆さん、トップスピードで性能を見ますが、 • 艦隊が揃ってトップスピードで走ることは、まず無いので、藤縄さんの説明にも有るように、大和の２７ノットは、機動部隊に随伴するのに、速度的には何の問題もないと思います。 • 大和型をあまり使わなかったのは、燃料事情の方が大きかったかもしれません。 • 問題は、戦艦が決戦兵力の座から落ちたとき、日本海軍は、戦艦不要・・と考えたことではないかと思います。 • アメリカは、戦艦が決戦兵力でなくなったとき、・・ではどういうところなら使えるか・・と考えて、陸上砲撃などに多用するわけです。現実には、ガ島砲撃こそ、大和の打撃力の見せ場だったでしょうね。 • 山本長官が、大和で行く・・と言った時に、渡辺参謀が反対しなければ・・・とか、時々思います。

(95)

元日本郵船

_{(理研玲子さんのお父さん)}

• 戦艦の原動機比較論読みましたよ。艦船プラモデルの趣味の域を出てよく調べ纏められていますね。研究者は趣味までさすがです。お父さんは艦船については門外漢で、この比較論を読んで、艦船の出力が商船と比し一桁大きいのに驚いています。もちろん同じ船とはいえ目的が異なるので、商船は運ぶ荷物に合わせて造られ経済速度時の出力は一杯一杯に近いし、艦船は戦闘モードに最高出力を合わさねばならないことは分かりますが。読んでいて疑問に思ったことは、これだけの出力を出すための燃料は何を使ったのかと。商船では、昭和３７年頃から石炭焚から重油焚に替わり自動化が進みました。本題の、大和にとって速力はアキレス腱だったかどうかについては目的に添って造られた戦艦に後になってオールマイティーを期待することはどうかと思う。お相撲さんに陸上競技に参加せよと言うようなもの。また、航続距離を伸ばすため速力を落とさざるを得ないこともあったでしょう。棒芯について何のことだろうと思っていましたが、船社会で今でも使っている boatswain（甲板長）という職名が語源なんですね。船社会の用語が古き一般の会社に普及していたなんて目からうろこです

(96)

(97)

皆様謹啓盛夏の候、皆様ますますご盛栄のこととお慶び申し上げます。さて、山口・藤縄両氏が以下の通り加速器学会賞を受賞することが決まりました。技術貢献賞：山口由高業績：世界初の重イオン蓄積リング個別入射方式の開発特別功労賞：藤縄雅業績：加速器施設に世界初の熱電併給装置（CGS）導入他なお、藤縄雅氏は、昨年に電気設備学会より「星野賞」も受賞しておられます。つきましては、下記により祝賀会を企画いたしましたので、皆様お誘い合わせの上、是非ともご出席賜りますようお願い申し上げます。謹白平成28年７月吉日仁科加速器研究センター特別顧問矢野安重記 1. 日時：平成 28 年 8 月 26 日（金）18：30 ～ 21:00 2. 場所：「上海大飯店」千代田区平河町2-6-3 都道府県会館B1 地下鉄永田町5番出口直結電話03-6268-9623 担当：片山店長 http://r.gnavi.co.jp/gcnu500/map/ 3. 会費：法人 1万円（領収書あり）男性 6千円女性 3千円

大和型戦艦搭載原動機の 比較論 A study of the boiler turbine system for Yamato class Battleship